一種高純氨水的連續生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高純氨水的連續生產方法，所得高純氨水主要用于大規模集成電 路制造業。
【背景技術】
[0002] 據全球電子化學品消費量最新統計數據表明，亞太地區尤其是中國，已成為全球 電子業及其化學品的主導市場。隨著國內半導體產業蓬勃發展，高純電子化學品需求量急 劇增長。高純電子級氨水作為其中的一種，在集成電路、LCD等制造行業中有著重要作用。 利用氨水的弱堿性，活化硅晶圓及微粒表面，可以去除其表面顆粒、部分金屬不純物。因此， 超高純氨水廣泛應用于在芯片的清洗及蝕刻工藝。
[0003] 目前，國內生產廠商有采用間歇精餾法、膜過濾吸收法、樹脂過濾法等工藝制備高 純氨水。中國專利CN201210183666提出一種膜吸收法制備超凈高純氨水的方法，其特征在 于：選用膜法-化學法-樹脂法集成過程對氨氣中油進行脫除，再對過濾后的氣氨進行膜吸 收，以制備高純氨水。
[0004] 中國專利CN201310452318公開一種氨吸收裝置以及制備超凈高純氨水的方法， 利用膜過濾法，將氨氣脫油后，通入帶有冷卻管的兩腔室氨氣分布器，與超純水混合，得到 高純氨水。
[0005] 上述專利氨氣脫油處理工藝步驟較復雜，且氨氣混合吸收采用膜吸收法和氨氣分 布器法，要求條件嚴格，吸收時間長（參見中國專利CN201310452318進一步地，當氨吸收器 內的氨水溫度為10°c，氨吸收器內的氨水壓力為0. 05MPa，氨吸收器內的氨水吸收時間為 0.1 h)，都無法滿足大規模連續生產要求。另外，由于工藝流程復雜，設備裝置較多，容易造 成高純氨水的污染。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種簡化的高純氨水的 連續生產方法，該生產方法能夠連續、高效、穩定地獲得高純氨水產品，且高純氨水產品質 量穩定，各項指標均符合SEMI-C12標準。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明采取如下技術方案：
[0008] 一種高純氨水的連續生產方法，以工業級液氨為原料，所述生產方法包括依次且 連續進行的如下步驟：
[0009] (1)降壓蒸發：將工業級液氨以150~250kg/h的流速通過降壓蒸發器降壓蒸發， 得到氨氣；
[0010] (2)油水分離：將經步驟（1)處理后的氨氣通過油水分離器除去氨氣中油分和水 分；
[0011] (3)過濾：將經步驟（2)處理后的氨氣通過氣體過濾器過濾得到高純氨氣，所述高 純氨氣中大于等于〇. 5 μπι顆粒濃度控制在25個/ml以下，單項金屬離子含量小于50ppt ;
[0012] (4)吸收混合：用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水將經步驟（3)處理后的氨 氣循環吸收，獲得半成品氨水；
[0013] (5)循環過濾：將經步驟（4)處理后的半成品氨水通過液體過濾器循環過濾，氨水 中大于等于0. 5 μ m顆粒濃度降低至25個/ml以下時，結束循環過濾獲得所述高純氨水，所 述高純氨水中單項金屬離子含量小于50ppt，單項陰離子雜質含量小于40ppb。
[0014] 優選地，步驟（1)中，所述工業級液氨的流速為200kg/h。
[0015] 根據本發明，所述生產方法采用的設備包括液氨原料罐、所述降壓蒸發器、所述油 水分離器、所述氣體過濾器、所述液體過濾器和成品儲罐。
[0016] 進一步地，所述液氨原料罐內的溫度為25°C~30°C，壓力為0.9~I. IMPa，所述降 壓蒸發器內的壓力小于所述液壓原料罐內的壓力，且所述降壓蒸發器內的壓力多〇· 5MPa。
[0017] 優選地，所述液氨原料罐內壓力維持在1.0 MPa。
[0018] 優選地，所述降壓蒸發器內壓力為0. 6~0. 9MPa。
[0019] 優選地，所述成品儲罐具有內襯，所述內襯采用PTFE或PFA材質。
[0020] 進一步地，所述油水分離器具有多級氣體分離膜，所述氣體分離膜為由聚酰亞胺、 聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、醋酸纖維素中的一種或多種構成的致密高分子膜。優選地，所 述多級氣體分離膜包括聚酰亞胺非對稱螺旋卷式和聚二甲基硅氧烷非對稱中控纖維式氣 體分離膜。
[0021] 根據本發明的一個【具體實施方式】，所述氣體過濾器為膜式過濾器，所述膜的材質 為聚四氟乙烯，所述膜的孔徑為0. 002 μ m。
[0022] 所述液體過濾器的濾芯的孔徑為0. 2 μ m。
[0023] 根據本發明的一個【具體實施方式】，步驟（4)中，所述半成品氨水的濃度控制在 28. 0 ~30.0 wt %。
[0024] 根據本發明的一個【具體實施方式】，步驟（4)中，所述吸收混合在靜態氣液混合器 中進行，所述靜態氣液混合器采用不銹鋼材質，其具有內襯，所述內襯采用PTFE或PFA材 質，所述靜態氣液混合器可以承受〇. 30~0. 50MPa壓力，便于高壓氣體的混合及吸收，制備 半成品氨水。
[0025] 進一步地，所述吸收混合所用的設備包括所述靜態氣液混合器、兩端分別與所述 靜態氣液混合器連通的循環管及依次設置在所述循環管上的內襯泵。
[0026] 根據本發明的一個【具體實施方式】，所述生產方法還包括經步驟（4)處理后的半成 品氨水先經過冷卻設備進行降溫、降壓處理，然后進行步驟（5)的處理，經所述冷卻設備處 理后的氨水溫度彡25 °C，壓力彡0· IMPa。
[0027] 進一步地，所述冷卻設備包括冷卻水循環系統和冷卻器，所述冷卻器具有內襯，所 述內襯采用PTFE或PFA材質。
[0028] 優選地，所述冷卻水循環系統中使用的冷卻水溫度維持在5~KTC，冷卻水流量 2〇 ~3〇mVh，壓力為 0· 2〇 ~0· 40MPa。
[0029] 本發明的連續生產方法采用集中控制，中間循環吸收、冷卻可以連續進行，便于高 效穩定生產。
[0030] 本發明的連續生產方法的連續生產流量為700~1000L/h。
[0031] 本發明中所述各種含量在沒有特別說明時為質量含量。
[0032] 由于以上技術方案的實施，本發明與現有技術相比具有如下優勢：
[0033] 本發明方法采用降壓蒸發方式來制備高純氨水，可以滿足工業化連續、大量生產 的要求。高純氨氣的獲得，采用油水分離和氨氣氣體過濾的方式，省去化學除油法引入雜質 的可能性。高純氨氣與超純水的混合，采用超純水吸收高純氨氣的方法，無需混合停留時 間。
[0034] 本發明方法生產效率高，產品質量穩定，能耗低，生產出的高純氨水滿足甚至超過 SEMI-C12標準的要求。本發明方法所需用的生產設備簡單。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明的連續生產方法所用的裝置的結構示意圖；
[0036] 圖中：1、液氨原料罐；2、降壓蒸發器；3、油水分離器；4、氣體過濾器；5、靜態氣液 混合器；6、冷卻器；7、中間儲罐；8、成品儲罐；9、冷卻水循環系統；10、廢液回收系統；11、 廢液處理系統。
【具體實施方式】
[0037] 本發明通過對工業級液氨進行減壓蒸發，使用連續氣體除雜裝置，得到高純氨氣。 再利用氣液混合吸收和氨水冷卻流程，獲得滿足甚至超過SEMI-C12標準要求的高純氨水 產品。一個具體的實施方案如下：以工業級液氨為原料，從液氨原料罐1中壓出后，依次經 降壓蒸發器2、油水分離器3、氣體過濾器4后，得到高純氨氣。高純氨氣再在靜態氣液混合 器5中，按照一定比例，使用電阻率大于等于18ΜΩ · cm的超純水循環吸收高純氨氣，達到 規定濃度28. 0~30.0 wt %，制得半成品氨水。半成品氨水再經過冷卻、降溫，然后使用孔徑 為0. 2 μπι的液體過濾器循環過濾后，得到氨水成品。按照本發明方法生產的氨水成品，氨 水成品中單項金屬離子含量降低至50ppt以下，單項陰離子雜質含量降低至40ppb以下，大 于等于0. 5 μ m顆粒濃度< 25個/ml。整個方法的工藝步驟簡單、最大程度的減小提純過程 中引入的二次污染，與現有技術相比，該方法能夠以更低的能耗、更高的產率獲得更高質量 的目標廣品。
[0038] 本發明的高純氨水的連續生產方法，采用的生產裝置如圖1所示，包括依次設置 和通過連接管道連通的液氨原料罐1、降壓蒸發設備、油水分離器3、氣體過濾器4、混合吸 收設備、冷卻設備、中間儲罐7、循環過濾設備和成品儲罐8。該生產裝置還包括廢液回收系 統10和廢液處理系統11，廢液回收系統10與中間儲罐7相連，用于回收質量不達要求的氨 水，廢液處理系統11與油水分離器3相連，用于處理油水分離后產生的廢液。
[0039] 其中，降壓蒸發設備包括連接在液氨原料罐1和油水分離器3之間的降壓蒸發器 2及用于對降壓蒸發器2提供熱源的熱水循環系統，降壓蒸發器2具有金屬盤管；油水分離 器3具有多級氣體分離膜，氣體分離膜為由聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯或醋酸纖 維素構成的致密高分子膜；混合吸收設備包括連接在氣體過濾器4和冷卻設備之間的靜態 氣液混合器5及與靜態氣液混合器5相連的且用于提供超純水的供水裝置，靜態氣液混合 器5的進口和冷卻設備之間采用循環管連通，循環管上設置有循環泵；冷卻設備包括連接 在靜態氣液混合器5和中間儲罐7之間的冷卻器6及用于對冷卻器6提供冷卻水的冷卻水 循環系統9 ;循環過濾設備包括兩端部分別與中間儲罐7連通的循環管、依次設置在循環管 上的循環泵和液體過濾器。
[0040] 該生產裝置還包括用于儲存工業級液氨原料的原料儲罐、用于將原料儲罐內液氨 原料輸送至液氨原料罐1的壓縮機及連接在原料儲罐和液氨原料罐1之間的輸送管；
[0041] 本發明的高純氨水的連續生產方法的具體實施步驟如下：
[0042] (1)利用壓縮機、輸送管組合將原料儲罐內的工業級液氨壓至液氨原料罐1，調節 液氨原料罐1出口的流量閥控制降壓蒸發器2的進料量，進料量控制在150~250kg/h ;
[0043] (2)使用熱水作為降壓